Luận án Nghiên cứu đa dạng di chuyền và chọn lọc các chủng tảo Chlorella sp. được thu thập ở một số tỉnh Nam Bộ

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG DI TRUYỀN VÀ CHỌN LỌC CÁC CHỦNG TẢO CHLORELLA SP. ĐƯỢC THU THẬP Ở MỘT SỐ TỈNH NAM BỘ

Ngành:

Công nghệ sinh học

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung vào nghiên cứu đa dạng di truyền và chọn lọc các chủng tảo Chlorella sp. thu thập tại một số tỉnh Nam Bộ của Việt Nam, nhằm phục vụ cho các ứng dụng trong xử lý nước thải và sản xuất biodiesel. Chlorella là chi tảo lục phổ biến, có giá trị dinh dưỡng và hoạt tính sinh học cao, đồng thời có khả năng loại bỏ các chất gây ô nhiễm trong nước và sản xuất lipid làm nguyên liệu cho biodiesel. Tuy nhiên, các chủng Chlorella khác nhau có thành phần dinh dưỡng và hoạt tính sinh học khác nhau, đòi hỏi việc phân lập và đánh giá đa dạng di truyền để khai thác hiệu quả nguồn gen bản địa.

Nghiên cứu đã phân lập và định danh thành công 8 chủng tảo Chlorella từ 120 mẫu thu thập. Trong đó, 3 chủng được xác định là Chlorella vulgaris (CG-20, BD-38, ĐT-51), 2 chủng là Chlorella sorokiniana (BD-33, LA-81) và 3 chủng chưa xác định được cấp loài (TG-65, TG-67, ĐN-112). Phân tích đa dạng di truyền bằng chỉ thị sinh học phân tử PCR-ISSR cho thấy sự biến thiên đáng kể giữa các chủng C. vulgaris, nhưng không tương quan rõ ràng với phân bố địa lý, gợi ý yếu tố môi trường có ảnh hưởng mạnh hơn đến genome tảo.

Về khả năng xử lý nước thải, chủng C. vulgaris CG-20 nổi bật với ngưỡng chịu đựng ammonium cao nhất (IC50: 1,19 ± 0,01 g/L) và khả năng hấp thụ nitrate tối ưu (155,11 ± 2,1 mg/L/ngày). Thử nghiệm thực tế trên nước thải chợ Hóc Môn cho thấy CG-20 kết hợp sóng âm nhạc đạt hiệu suất loại bỏ TN 98,12% và COD 85,3% trong 4,6 ngày. Môi trường nuôi cấy BBM và HAMGM được xác định là tối ưu cho sản xuất sinh khối CG-20. Phương pháp Taguchi đã tối ưu hóa ly trích lipid từ sinh khối tảo CG-20 đạt hiệu suất 18,8 ± 0,2%, với biên độ siêu âm là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất. Thành phần FAME của lipid cho thấy tiềm năng của CG-20 làm nguyên liệu cho biodiesel. Phân tích kiểm kê vòng đời sản phẩm (LCA) chỉ ra rằng quá trình ly trích lipid chiếm phần lớn tác động môi trường, chủ yếu từ điện và n-hexan, là cơ sở cho các cải tiến bền vững trong tương lai.

Mục lục chi tiết:

• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

  • 1.1. Tổng quan về tảo Chlorella
    • 1.1.1 Tiêu chuẩn hình thái tảo Chlorella
    • 1.1.2. Các marker phân tử được dùng để định danh tảo Chlorella
    • 1.1.3. Thành phần dinh dưỡng của tảo Chlorella
  • 1.2. Đa dạng di truyền ở tảo Chlorella
  • 1.3. Một số yếu tố ảnh hưởng đến tăng trưởng của tảo Chlorella
    • 1.3.1. Môi trường nuôi cấy
    • 1.3.2. Các thành phần hữu cơ
  • 1.4. Ứng dụng Chlorella vào trong xử lý nước thải và thử nghiệm ly trích lipid
    • 1.4.1. Xử lý nước thải bằng tảo Chlorella
    • 1.4.2. Ly trích lipid từ tảo Chlorella

• CHƯƠNG II. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

  • 2.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
    • 2.1.1. Thời gian
    • 2.1.2. Địa điểm nghiên cứu
  • 2.2. Nội dung nghiên cứu
  • 2.3. Vật liệu nghiên cứu
  • 2.4. Phương pháp nghiên cứu
    • 2.4.1. Nội dung 1: Phân lập và định danh các chủng tảo Chlorella spp.
      • 2.4.1.1. Phương pháp thu mẫu tảo
      • 2.4.1.2. Phương pháp xác định mật độ tế bào tảo
      • 2.4.1.3. Phương pháp phân lập tảo
      • 2.4.1.4. Phương pháp định danh phân tử
    • 2.4.2. Nội dung 2: Đánh giá đa dạng di truyền của các chủng tảo Chlorella spp. bằng chỉ thị sinh học phân tử PCR - ISSR
      • 2.4.2.1. Quy trình PCR với chỉ thị ISSR
      • 2.4.2.2. Xử lý số liệu
    • 2.4.3. Nội dung 3: Sàng lọc các chủng tảo Chlorella có tiềm năng ứng dụng vào xứ lý nước thải
      • 2.4.3.1. Khảo sát ngưỡng chịu đựng ammonium của tảo Chlorella
      • 2.4.3.2. Khảo sát khả năng loại bỏ nitrate của Chlorella
      • 2.4.3.3. Khảo sát môi trường nuôi cấy tảo Chlorella
    • 2.4.4. Nội dung 4: Thử nghiệm xử lý nước thải bằng tảo Chlorella sp. và ly trích lipid từ sinh khối tảo
      • 2.4.4.1. Thử nghiệm xử lý nước thải bằng tảo Chlorella sp.
      • 2.4.4.2. Nghiên cứu ly trích lipid từ sinh khối tảo

• CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

  • 3.1. Nội dung 1: Phân lập và định danh các chủng tảo Chlorella spp.
    • 3.1.1. Đánh giá hình thái các mẫu tảo thu được
    • 3.1.2. Định danh phân tử các mẫu tảo.
      • 3.1.2.1. Phân tích chất lượng DNA tổng số ly trích từ các mẫu tảo
      • 3.1.2.2. Khuếch đại vùng trình tự 18S RNA
      • 3.1.2.3. So sánh và mức độ tương đồng của các vùng trình tự với cơ sở dữ liệu trên
      • 3.1.2.4. Xây dựng cây phát sinh chủng loài
  • 3.2. Nội dung 2: Đánh giá đa dạng di truyền của các chủng tảo Chlorella spp. bằng chỉ thị sinh học phân tử PCR-ISSR.
    • 3.2.1. Khảo sát nhiệt độ của các primer sử dụng cho phản ứng PCR – ISSR
    • 3.2.2. Sản phẩm PCR với chỉ thị ISSR
    • 3.2.3. Phân tích sự đa dạng di truyền của 8 mẫu tảo Chlorella
  • 3.3. Nội dung 3: Khảo sát khả năng ứng dụng các chủng tảo Chlorella vào xứ lý nước thải
    • 3.3.3. Khảo sát ngưỡng chịu đựng NH4+ của Chlorella spp.
    • 3.3.2. Khảo sát khả năng loại bỏ NO3 của Chlorella spp.
    • 3.3.3. Khảo sát môi trường nuôi cấy tảo Chlorella sp.
  • 3.4. Nội dung 4: Thử nghiệm xử lý nước thải bằng tảo Chlorella sp. và ly trích lipid từ sinh khối tảo
    • 3.4.1. Thử nghiệm ứng dụng tảo Chlorella và sóng âm nhạc vào trong xử lý nước thải
      • 3.4.1.1. Kết quả phân tích mẫu nước thải đầu vào
      • 3.4.1.2. Kết quả thử nghiệm xử lý nước thải
      • 3.4.1.3. Các điều kiện tối ưu để xử lý nước thải bằng tảo Chlorella kết hợp sóng âm nhạc
    • 3.4.2. Nghiên cứu ly trích lipid từ sinh khối tảo Chlorella dưới sự hỗ trợ của sóng siêu âm và đánh giá vòng đánh giá vòng đời sản phẩm
      • 3.4.2.1. Kết quả áp dụng phương pháp Taguchi tối ưu hóa các thông số ly trích lipid từ sinh khối tảo Chlorella
      • 3.4.2.2. Thành phần dầu ly trích từ Chlorella CG-20
      • 3.5.2.3. Kết quả phân tích kiểm kê vòng đời sản phẩm (LCA) cho đặc tính sản xuất biodiesel bằng phương pháp siêu âm

• CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

  • 4.1. Kết luận
  • 4.2. Kiến nghị